[发明专利]一种高强韧性金属基复合块材的固相增材制造工艺

说明书

本发明涉及一种高强韧性金属基复合块材的固相增材制造工艺，包括第一机械手和第二机械手，所述第一机械手和第二机械手上下移动逐层实现金属基复合块材的固相增材制造，所述第一机械手设置于承载座的一侧，且第一机械手的下方安置有喷枪。本发明的有益效果是：本发明的高强韧性金属基复合块材的固相增材制造工艺通过复合制造装置设置的同现有技术工作的第二机械手有搅拌工具后处理的作用，便于其逐层实施搅拌摩擦加工方法来实现冷喷涂金属合金或颗粒增强金属基复合块材的高强韧化协同改善工作，且通过搅拌摩擦加工技术中的机械搅拌和热效应的共同作用，则能够实现金属基复合块材内部组织结构的致密化、增强相均匀化以及金属细晶化，提高涂层或块材的力学性能，实现轻量化结构件的高性能固相增材制造。

技术领域

本发明涉及金属材料增材制造技术领域，具体为一种高强韧性金属基复合块材的固相增材制造工艺。

背景技术

轻量化、高可靠及低成本的装备制造在现代工业发展中具有重要的战略意义，其中增材制造技术在工业产品制造中具有举足轻重的地位。颗粒增强金属基复合材料由于其优异的性能，如密度低、尺寸稳定、耐磨性好等，已经被广泛应用于航空航天、轨道交通、电子等领域。常用的传统制备工艺，比如粉末冶金、铸造、喷射沉积及热喷涂法等所制备的颗粒增强金属基复合材料，很难避免有害的界面反应，金属基复合块材性能受到损害。

目前，先进的金属增材制造工艺大多在高温过程中进行制备工作，如激光、电子束或电弧等增材制造工艺，其中可能带来氧化、相变、界面反应、熔化/凝固缺陷等负面影响，进而显著降低金属基复合材料的性能。冷喷涂作为一种新型的涂层制备技术，也是一种新型的固相增材制造技术，通过低温(<700℃)、高速(300-1500m/s)固态金属粒子(5-50μm)的塑性变形而沉积形成涂层。然而，冷喷涂制备的材料仍存在涂层塑/韧性较差，以及涂层/基体结合较弱等不利因素在作为航空结构材料的重要场合无法满足要求。

综上分析，针对高温增材制造的负面影响，采用常规冷喷涂难以满足重要结构件的高性能轻量化等要求。因此，急需寻求一种高强韧性的冷喷金属基复合块材的固相增材工艺，目前尚未提出有效的解决途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧性金属基复合块材的固相增材制造工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强韧性金属基复合块材的固相增材制造工艺，包括第一机械手和第二机械手，所述第一机械手和第二机械手上下移动逐层实现金属基复合块材的固相增材制造，所述第一机械手设置于承载座的一侧，且第一机械手的下方安置有喷枪，所述承载座的顶部设置有承载板，且承载板的顶端安置有基体，所述承载板的底端连接有滑块，且滑块的底部外侧设置有滑槽，所述滑槽通过开槽与承载座构成一体化连接，所述第二机械手外接于第一机械手的外侧，且第二机械手的顶部与承载座相连接，所述第二机械手的下方夹持有搅拌工具，所述基体的顶部涂覆有金属合金或颗粒增强金属基复合涂层。

优选的，所述高强韧性金属基复合块材的固相增材制造具体步骤如下：

1)将基体安放于承载板的顶端内侧，并通过固定组件完成固定工作；

2)再将启动第一机械手，使得其对喷枪进行安装、夹持操作，并且通过启动第二机械手，且通过其对搅拌工具进行安装、夹持处理；

3)通过启动喷枪及搅拌工具，且在第一机械手与第二机械手的协同作用下，分别带动喷枪及搅拌工具进行工作，并完成对基体的固相增材制造工作，且喷枪对颗粒增强金属基复合材料进行冷喷过程，加入的陶瓷颗粒，可使金属合金粒子的塑性变形加剧，进而提高成形体致密性与结合强度。

4)通过调节第一机械手与第二机械手上下位置，且控制喷枪和搅拌工具与第一层已沉积涂层表面的距离，完成第二层、第三层、直至第n层金属基复合块材的制备与改性，逐层实现金属基复合块材所需的厚度。